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· 应用研究 · 王凌杰 芮延年 罗 伦 活塞式制冷压缩机气阀弹簧模糊可靠性设计 59 活塞式制冷压缩机气阀弹簧模糊可靠性设计 王凌杰 ～，芮延 ，罗 伦 (1．苏州经贸职业技术学院机电系，江苏 苏州 215000) (2．苏州大学 机电工程学院，江苏 苏州 215000) (3．上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093) 摘要：由于活塞式制冷压缩机气阀弹簧工作时受到交变应力作用，其疲劳变形或断裂问题时有发生。 考虑到气阀弹簧设计过程中存在着一些模糊因素，采用传统设计方法很难保证其工作的可靠性。基于 现代设计理论，首先构建了零件模糊可靠性设计的模型，然后针对气阀弹簧工作过程 中的应力与强度 问题进行了分析研究，并以计算实例阐述 了气阀弹簧模糊可靠性设计的方法和步骤，最后通过实验研 究验证了该设计模型的可靠性。 关键词：气阀弹簧；强度与应力；模糊可靠性 中图分类号：1n曰l652 文献标识码：A 文章编号：1672—1616(2010)23—0059—04 目前在活塞式制冷压缩机中普遍采用环片阀，在 应力一强度干涉模型和传统机械设计准则，可得到零 环片阀中大量使用了圆柱形弹簧作为其主要储能部 件常规可靠度的计算公式为： 件，以帮助阀片完成吸排气的关键动作。气阀弹簧在 r。。 r∞ R=l 厶(z)[}^()]妇= 工作时承受交变载荷，如果其发生疲劳损坏，则会导 ～ ∞ Z ro。 致压缩机或制冷系统的故障，因此气阀弹簧工作的可 I [1一Fy(1z)]A(x)dx (1) 靠性设计是必须重点考虑的问题。 或 在气阀弹簧结构设计中，传统的设计方法是以确 r∞ r 定弹簧的最大应力r 与极限应力 、计算安全系数 R=I ^() fx(z) ] = 为主要工作。允许安全系数[]是根据零件的尺寸 roo I ()]^(x)dx (2) 外形、材料性能、数据的准确性和计算的准确性来确 定的，当 []，则判定弹簧工作安全。传统设计 式中： ()为应力分布的概率密度函数；fY()为 忽略了设计参数的随机性，计算安全系数仅仅是以零 强度分布的概率密度函数。 件材料的强度和零件所承受的应力取单值为前提的， 式(1)、(2)是常规可靠性设计的计算公式，其 中 然而零件在工作过程中，随着运转时间的延长以及弹 1一Fy(z)可以看成戒上型的隶属函数， ()看成 簧所处环境，如温度、腐蚀等因素的变化，导致材料老 戒下型的隶属函数。按式(1)、(2)计算零件的可靠度 化、强度下降等，还可能会出现应力分布与强度分布 需要确定强度分布的概率密度函数或应力分布的概 发生干涉现象，导致弹簧疲劳失效。因此，本文拟采 率密度函数，然而为获得它们的准确分布，需要花费 用模糊数学的方法对气阀弹簧进行可靠性设计。 大量的人力、物力和财力。为简化问题的分析，可以 利用模糊数学的方法来